El Titanio es un elemento metálico descubierto en 1763 en las arenas de Cornwall, aislado impuro en 1887 y purificado en 1910. Sólo en 1950 comenzó a ser utilizado como un material estructural, estimulado por la industria aeronáutica en USA. Sus aplicaciones se extendieron luego a otros campos de la industria, principalmente por sus propiedades excepcionales de baja densidad, alta resistencia mecánica y alta resistencia a la corrosión.
El Titanio es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre. Se encuentra en el mineral “rutilo” (dióxido de titanio) y en el mineral “Ilmenita” (óxido de titanio y hierro).
Proceso de extracción.
El proceso de extracción consiste en tratar el mineral con cloro gaseoso y carbono para formar el tetracloruro de titanio, el cual es posteriormente reducido a una esponja de titanio metálico. Esta esponja de titanio es fundida y purificada por sucesivas fusiones para producir un lingote de titanio metálico. También puede incorporarse otros metales de aleación en estas etapas de fusión para obtener las diferentes aleaciones de Titanio.
El titanio se comercializa en diferentes grados. El titanio CP comercialmente puro (grados 1 a 4) tiene una estructura alfa y contiene pequeñas cantidades de elementos “intersticiales” (nitrógeno, oxígeno, carbono) que ocupan los huecos en el cristal. Se diferencian entre sí por el contenido de oxígeno que aumenta del grado 1 al 4, confiriéndole una creciente resistencia mecánica. Las aleaciones de titanio se clasifican según su estructura en “aleaciones alfa” (grados 6, 7, 11), “aleaciones alfa-beta” (grado 5, 9) y “aleaciones beta”. Algunas están diseñadas para mejorar la resistencia a la corrosión (grados 7 y 11 contienen paladio) y otras para mejorar su resistencia mecánica por tratamiento térmico (grado 5 contiene aluminio y vanadio) en comparación al Titanio CP. Las aleaciones alfa no son para tratamiento térmico, son fáciles de soldar, dúctiles y con resistencia mecánica baja a intermedia, pero con excelentes propiedades mecánicas a temperaturas criogénicas. Las aleaciones alfa-beta son para tratamiento térmico; la mayoría son fáciles de soldar. Su resistencia mecánica es media a alta, las aleaciones beta se prestan para tratamiento térmico y son generalmente soldables. Alcanzan altas resistencias mecánicas y buena resistencia a la deformación hasta temperaturas intermedias. El Titanio y sus aleaciones se pueden clasificar según su propósito en:
RESISTENTES A LA CORROSIÓN
- CP-1
- CP-2
- CP-3
- CP-4
- Ti-Pd Grado7 & 16
- Ti-3Al-2.5V Grado9 & 18
- Ti-Pd Grado 11 & 17
- Ti-0.3Mo-0.8Ni Grado 12
- Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo
- Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si
ALTA RESISTENCIA MECANICA
- Ti-6Al-4V Grado5
- Ti-5Al-2.5Sn Grado6
- Ti-2.5Cu
- Ti-6Al-7Nb
- Ti-4Al-4Mo-2Sn
- Ti-6Al-6V-2Sn
- Ti-10V-2Fe-3Al
- Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al
- Ti-5.5Al-3Sn-3Zr-0.5Nb
- Ti-5Al-2Sn-4Mo-2Zr-4Cr
- Ti-8Al-1Mo-1V
- Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si
- RESISTENTES A ALTA TEMPERATURA
- Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
- Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
- Ti-11Sn-5Zr-2.5Al-1Mo
- Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb
- Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb
Propiedades
Las aplicaciones del titanio y sus aleaciones se derivan de su resistencia a la corrosión y de sus propiedades mecánicas.
Resistencia a la corrosión: La resistencia a la corrosión se debe a la formación de una capa superficial protectora de óxido de titanio. El titanio es inmune al ataque por agua de mar y atmósferas marinas. Es resistente a ácidos (oxidantes o débilmente reductores; no resiste al ácido fluorhídrico), álcalis (hasta 80ºC), aguas naturales (hasta 300ºC), gases corrosivos (cloro húmedo hasta 70ºC, dióxido de cloro), atmósferas reductoras (dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno) y gran número de sustancias orgánicas; aleado con paladio se hace más resistente aún.
Propiedades mecánicas: Tiene una baja densidad y alta resistencia mecánica (densidad 4.43-4.85 g/cm3; resistencia a la deformación 25- 200 ksi). Tiene una relación resistencia/peso muy superior a la de otros metales; por ejemplo, titanio grado 5 (188) comparado con acero inox. 316L (26) o hastelloy C-276 (40).
La capa de óxido de titanio, le confiere una gran resistencia a la erosión (unas 20 veces superioras a las aleaciones cobre-níquel). El intercambio de calor en el Titanio es muy eficiente ya que pueden usarse espesores menores por su mayor resistencia mecánica, mayores velocidades de fluido, por su gran resistencia a la erosión y tener una superficie siempre limpia de depósitos por la ausencia de corrosión. Tiene un coeficiente de dilatación significativamente inferior al de las aleaciones ferrosas. No es magnético, tiene alta resistencia al fuego.
Aplicaciones
El Titanio y sus aleaciones son técnica y económicamente superiores en una gran variedad de aplicaciones: Intercambiadores de calor (no se requiere espesores extra por corrosión, ni recubrimientos protectores); industria de celulosa y papel (cañerías, bombas, intercambiadores de calor, digestores, blanqueadores); condensadores (ausencia de pitting y erosión por vapor); plantas desalinizadoras (resiste la acción de cloruros); desulfuración de gases de combustión (recubrimientos de titanio resisten la acción del azufre); ambientes marinos (embarcaciones submarinas, sistemas de propulsión, sistemas de enfriamiento, bombas); industria farmacéutica (resiste productos farmacéuticos y es biocompatible); industria de alimentos (resiste todo tipo de alimentos y productos de limpieza).; industria cervecera (resiste todo tipo de fluidos, y productos de limpieza); industria petroquímica (intercambiadores de calor resisten el agua de mar, cañerías resisten la acción del sulfuro de hidrógeno presente en los crudos de menor precio); conducción de agua de mar (tubos intercambiadores de calor y cañerías sin muestras de corrosión después de 40 años, ahorro en peso y espacio por sus propiedades mecánicas superiores).
Cómo se puede soldar el Titanio. EL proceso más recomendado para realizar este tipo de uniones es el proceso GTAW, su soldabilidad es muy similar a los aceros inoxidables, por ende, se debe utilizar corriente continua, electrodos de tungsteno que trabajen con este tipo de corriente, protección de gas inerte, excelente limpieza y dependiendo del espesor controlar la entrada de calor.